JP5761461B2 - 電気集塵装置 - Google Patents
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Description
このようなPM除去装置として、排気ダクト中に、フィルタを設置する方法があるが、フィルタは目詰まりし易く、圧力損失が大きいなどの課題がある。これに対して電気集塵装置は、目詰まりせず、圧力損失が小さいため、内燃機関の排気ダクトに取り付けるには有効である。
この第2の態様によると、板状電極及び放電電極間に発生するコロナ放電によって、PMを帯電させて、クーロン力を付与する。
この第3の態様によると、放電電極の放電部をトゲ状放電部で構成するので、比較的太く形成することができる。そのため、加工及び組立が容易であり、製造コストも抑えることができ、さらに寿命を長期化することができる。
この第4の態様によると、この構成によると、複数の放電電極でトゲ状放電部を位置が重ならないように配置することにより、コロナ放電領域を通流する粒子状物質含有排ガスに対して隈なく形成することができ、粒子状物質除去率を向上させることができる。
この第5の態様によると、板状電極及び放電電極間に発生するバリア放電によって、PMを荷電させて、クーロン力を付与する。
この第6の態様によると、金属電極が誘電体で覆われているので、対向する板状電極との間でバリア放電プラズマ柱を発生して、無声放電とすることができる。
この第7の態様によると、放電電極に付着した粒子状物質を燃焼させて除去することができる。
この第8の態様によると、板状電極及び放電電極の組を2組合わせて、板状電極間に補集空間を形成するので、個別に補集空間を設ける場合に比較して幅狭に構成することができる。
この第9の態様によると、補集領域が角筒電極体で囲まれており、この中に回収気体を通流することにより、粒子状物質含有ガスの通流状態に影響を与えることなく回収気体を通流することができる。
この第10の態様によると、回収気体を吸引することにより形成するので、粒子状物質含有ガスへの粒子状物質の再混入を確実に防止することができる。
この第11の態様によると、補集領域の両側から回収気体を吸引するので、粒子状物質の回収効率を向上させることができる。
この構成によると、吸引フードによって、補集領域にのみ回収気体を通流させることができ、回収気体を粒子状物質含有排ガスに影響を与えることなく粒子状物質含有排ガスと交差する方向に通流することができる。さらに、吸引場所を限定できるので、回収気体の流量を抑えることができ、吸引装置を小型化することができる。
図1は本発明の第1の実施形態を示す筐体の一部を切除して示す斜視図である。
図中、1は例えば内燃機関特に舶用ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる炭素を主成分とする粒子径が100μm以下の粒子状物質(PM:Particulate Matter)、特に粒子径が10μm以下の浮遊粒子状物質(SPM:Suspended Particulate Matter)を補集可能な電気集塵装置である。
ここで、板状電極20は、放電電極30と対向する面から反対側の面に達する例えば円形の複数の貫通孔21を全面に形成したパンチングプレート22で形成され、例えば板面が垂直方向となるように配置されている。
そして、集塵電極40は、2組がその板状電極20同士を、所定間隔L2を保って対向させる関係で配置されている。そして、対向配置された板状電極20の上下端部が端板23a及び23bによって閉塞されて板状電極20と端板23a及び23bとで左右端部を開放した角筒電極体24が形成されている。
このため、隣接する集塵電極40では、放電電極30が共通化されて放電電極30、角筒電極体24、放電電極30、角筒電極体24の順で並列配置されている。これら放電電極30及び角筒電極体24の個数は集塵処理するPM含有排ガスの流量に応じて設定される。
このため、角筒電極体24と放電電極30のトゲ状電極部32との間でコロナ放電が発生し、角筒電極体24と放電電極30との間に形成されたガス通流領域33を通流するPM含有排ガスのPMがコロナ放電を浴びて帯電する。
この補集領域25では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体24の板状電極20間の電位差による電気影像力を受けて、角筒電極体24を構成する板状電極20の内周面に移動付着して補集される。
先ず、図5で模式的に示すように、電気集塵装置1における筐体2の排ガス導入口3を舶用ディーゼルエンジン等のPM含有ガス排出装置70にダクト等のガス通流部71を介して接続し、筐体2の排ガス排出口4に同様にダクト等のガス通流部72を介して煙突等のガス排出部73に接続する。
高圧電源45から角筒電極体24と放電電極30との間に高電圧を印加することにより、放電電極30のトゲ状電極部32の先端から角筒電極体24を構成する放電電極30に向けてPM含有ガスのガス通流領域33を横切るコロナ放電が生じる。
この補集領域25では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体24の板状電極20間の電位差による電気影像力を受けて、板状電極20の内周面に移動付着して補集される。
また、分離吸引フード50に達した剥離されたPMと回収気体との混合流体は回収口61からサイクロン集塵機60内に導入されて混合気体が固気分離される。そして、分離されたPMは底部のPM回収部62へ落下して回収され、分離されたPMを多少含む回収気体は、吸引口63からブロワ64に吸引されて筐体2の排ガス導入口3近傍のガス通流部71へ戻される。
さらに、板状電極20に形成した貫通孔21の径をPMの粒子径にかかわらず比較的大きな径に形成することができるので、この分の圧力損失も小さく抑制することができる。しかも、PMが補集領域25を構成する角筒電極体24の板状電極20の内周面に補集される。このため、板状電極20の表面積に応じた多量のPMの補集を許容することができるとともに、貫通孔21は極めて目詰まりしにくく、目詰まりによる補集障害を生じることを確実に防止することができる。
しかも、板状電極20はパンチングメタルを利用することができ、丸めたり折り曲げたりする板金加工が不要で上端及び下端を端板23a及び23bで連結するだけで角筒電極体24を形成することができ、加工コストを大幅に低減することができる。
また、PM含有排ガスの通流方向に対して放電電極30の帯状電極本体31が交差する方向に延長して通流方向に複数並列配置されている。このため、各放電電極30のトゲ状放電部の配置位置をPM含有排ガスの通流方向と直交する方向にずらして配置することが可能となる。これにより、コロナ放電をPM含有排ガスの通量方向と直交する領域で全域に隈なく発生させることができ、PM含有排ガスのPM除去率を向上させることができる。
因に、集塵電極構造として、放電電極を棒状部とその外周側に多数の針状電極部を形成した構成とし、この放電電極を囲むように多数の貫通孔を形成した円筒電極部を配置することも考えられる。この場合には、放電電極と円筒電極部との間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させことにより、円筒電極部の内周面側に通流するPM含有排ガスのPMを帯電させて円筒電極の外側の補集空間に移動させる。この補集空間で補集したPMを例えばPM含有排ガスの通流方向と同じ方向にエアーブローで吹き飛ばして回収する。
また、上記第1の実施形態においては、2枚の板状電極20と端板23a,23bとで角筒電極体24を形成する場合について説明したが、板状電極20が所定間隔L2を保って対向していればよく任意の筒構造とすることができる。
また、上記第1の実施形態においては、PM含有排ガスが電気集塵装置1を底面から上面に向けて垂直方向に通流する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、分離吸引フード50を底面側としてPM含有排ガスを水平方向に通流させるようにしてもよく、PM含有排ガスの通流方向は任意に設定することができる。
この第2の実施形態では、放電電極と板状電極との間に発生させる放電をコロナ放電からバリア放電に変更したものである。
すなわち、第2の実施形態では、電気集塵装置1の導電性を有する筐体100が、図9及び図10に示すように、直方体状に形成されている。すなわち、筐体100は、長手方向を左右方向とする正面板部101a及び背面板部101bを有する。また、筐体100は、正面板部101a及び背面板部101bの上下端部間を連結する上面板部101c及び底面板部101dと、正面板部101a及び背面板部101bの左右端部間を連結する左側面板部101e及び右側面板部101fとを有する。
また、上面板部101c及び底面板部101dには、図8に示すように、正面板部101a、背面板部101b、左側面板部101e及び右側面板部101fで囲まれる長方形の開口部102c及び102dが形成されている。
また,背面板部101bの開口部102bには前述したガス排出部73に接続された同様に断面方形の排ガス通流ダクト103bが連結されている。
これら角筒電極体110及び115の上端側にそれぞれ、図8に示すように、外気に直接通じて回収気体を取り入れる開口率が90%以上に設定された回収気体取入口116が形成されている。
そして、各放電電極120のリード端子124a及び124bが図8及び図9に示すように、筐体2の上面板部101cの左右端部側に配置された高電圧支持碍子127a及び127b間に前後方向に所定間隔を保って平行に橋架された高圧給電バー128a及び128bに押圧バネ129によって下方に押圧された状態で電気的に接続されている。
そして、高電圧交流電源133から高電圧交流を出力し、高耐圧パワーリレー131及び132を付勢状態(オン状態)とすることにより、高電圧交流が放電電極120と板状電極112a〜112cとの間に印加される。これによって、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間にバリア放電プラズマ柱が発生する。
また、放電電極120に付着したPMは、定期的に高耐圧パワーリレー131及び132の付勢状態を解除して放電電極120への高電圧交流の印加を停止し、これに代えて高耐圧パワーリレー136及び137を付勢状態として放電電極120のリード端子124a及び124bに低電圧交流を印加することにより、放電電極120をセラミックヒータとして動作させる。これにより、放電電極120が1〜2分程度で800℃程度まで加熱され、表面に付着したPMを完全燃焼させて除去する。
この吸引フード140の吸引口141には図示しないが前述した第1の実施形態と同様にサイクロン集塵機60の回収口61が連通されている。このサイクロン集塵機60には、筐体60aの上部に形成された吸引口63に吸引装置としてのブロワ64が接続されている。そして、ブロワ64を作動させることにより、このブロワ64によってサイクロン集塵機60の吸引口63から気体が吸引されることにより、回収口61から補集PMと回収気体との混合流体を吸引して固気分離する。分離されたPMは下方のPM回収部62に落下して回収され、分離された回収気体は、上方の吸引口63からブロワ64を介して電気集塵装置1の正面側に接続された排ガス通流ダクト103aに戻される。
先ず、図12で模式的に示すように、電気集塵装置1における筐体100に連結された排ガス通流ダクト103aを舶用ディーゼルエンジン等のPM含有ガス排出装置70に接続し、筐体100に連結された排ガス通流ダクト103bを煙突等のガス排出部73に接続する。
この状態で、電気集塵装置1のバリア放電発生部130の高電圧交流電源133で例えば10kVの高電圧交流を発生させるとともに、高耐圧パワーリレー131及び132を付勢状態とすることにより、高電圧交流電源133で発生された高電圧交流が高圧給電バー128a及び128bを介して放電電極120と接地電極となる角筒電極体110及び115との間に印加される。
このバリア放電が発生している状態で、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間に、PM粒子含有排ガスを通流させる。すると、PM粒子含有排ガスに含まれるPMがバリア放電プラズマ柱の通過時に荷電されて、バリア放電維持電圧が作る電界でクーロン力を付与されて接地電極となる板状電極112a〜112c側に向かう。なお、クーロン力が付与されたPMの全部が板状電極112a〜112cに向かうものではなく、PMの一部は放電電極120に向かう場合がある。
この補集領域では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体110及び115の板状電極112a〜112c間の電位差による電気影像力を受けて、板状電極112a〜112cの内周面に移動付着して補集される。
また、吸引フード140に達した剥離されたPMと回収気体との混合流体は吸引口141からサイクロン集塵機60内に導入されて混合気体が固気分離される。そして、分離されたPMは底部のPM回収部62へ落下して回収され、分離されたPMを多少含む回収気体は、吸引口63からブロワ64に吸引されて筐体100に連結された排ガス通流ダクト103aの開口部102a近傍へ戻される。
この状態で、加熱制御部135の高耐圧パワーリレー136及び137は付勢状態とされ、低電圧交流電源138から出力される低電圧交流が高圧給電バー128a及び128bに供給される。これら高圧給電バー128a及び128bに供給された低電圧交流は、各放電電極120のリード端子124a及び124bを通じて発熱抵抗体122の両端の端子接続パッド123a及び123bに印加される。このため、放電電極120がセラミックヒータとして動作することにより、1〜2分で表面温度が400℃〜800℃に加熱される。
このように、上記第2の実施形態によると、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間にバリア放電プラズマ柱を形成してバリア放電を発生させ、この際に放電電極120が電極となる発熱抵抗体122を誘電体となるセラミックス121で被覆している。このため、放電電流は発熱抵抗体122からセラミックス121を透過して流れることになり、セラミックス121自体が絶縁破壊するまではスパークを生じない無声放電となる。
ちなみに、第1実施形態のように、放電電極30と板状電極20との間にコロナ放電を発生させる場合には、放電特性が図13に示すようになる。この図13では、スパーク放電電圧を特性線L11で表し、コロナ放電開始電圧を特性線L12で表し、ガス密度比を特性線L13で表している。
一方、コロナ放電開始電圧は逆に150℃までの電圧降下率に対して150℃を超えたときの電圧降下率が小さくなり、排ガス温度が250℃程度のコロナ放電開始電圧は、排ガス温度が常温時のコロナ放電開始電圧と比べて2/3以下に低下する。
しかしながら、上記第2の実施形態のようにバリア放電を採用すると、放電電極120の電極部が誘電体であるセラミックス121に覆われているので、スパーク放電が生じ難く、PM含有排ガス温度が300℃を超えても集塵性能が低下することはなく、良好な集塵効果を得ることができる。
なお、上記第2の実施形態においては、放電電極120としてセラミックヒータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平板電極を覆う誘電体として例えばチタン酸バリウムなどの強誘電体を適用することもできる。要は耐熱性の高い誘電体であれば、任意の誘電体を適用することができる。
また、上記第2の実施形態においては、PM含有排ガスの通流方向は水平方向に限らず、垂直方向を含む任意の方向とすることができる。さらに、上記第2の実施形態においても前述した第1の実施形態における図6と同様に一対の吸引フードを対向させて配置し、中間部の筐体100に回収気体取り入れ口を設けることもできる。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるPMを除去する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意のPM含有ガスからPMを除去することができる。
Claims (12)
- 粒子状物質を通過させる貫通孔を複数形成した板状電極と、該板状電極の一方の面に対向して配置された放電電極と、
前記板状電極及び前記放電電極間に電圧を印加して前記粒子状物質にクーロン力を付与する放電を発生させる放電発生部と、
前記板状電極の前記放電電極との対向面とは反対側に形成した粒子状物質を補集する補集領域と、
前記板状電極と前記放電電極との間に形成した粒子状物質含有ガスを通流させるガス通流領域と、
前記粒子状物質含有ガスの通流状態で、前記補集領域に当該粒子状物質含有ガスの通流方向と交差する方向に回収気体を通流して補集した粒子状物質を剥離回収する粒子状物質回収部とを備え、
前記放電によって粒子状物質含有ガス中の粒子状物質を帯電させて前記貫通孔を通じて前記補集領域に補集し、該補集領域に補集された粒子状物質を前記回収気体によって剥離回収する
ことを特徴とする電気集塵装置。 - 前記放電発生部は、前記板状電極及び前記放電電極間に直流電圧を印加してコロナ放電を発生させることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
- 前記放電電極は、断面長方形を有し断面の長辺側が前記板状電極と対向する板状電極部本体と、該板状電極部本体の断面の短辺側に形成されたトゲ状放電部とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の電気集塵装置。
- 前記板状電極部本体の延長方向は、前記粒子状物質含有ガスの通流方向と交差していることを特徴とする請求項3に記載の電気集塵装置。
- 前記放電発生部は、前記板状電極及び前記放電電極間に交流電圧を印加してバリア放電を発生させることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
- 前記放電電極は、金属電極と該金属電極を覆う誘電体とで前記粒子状物質含有ガスの通流方向に沿う板面を有する板状に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電気集塵装置。
- 前記放電電極は、一対の端子間に接続された発熱抵抗体で構成され、当該一対の端子間に電圧を印加することにより付着した粒子状物質を燃焼させるヒータとして作動することを特徴とする請求項6に記載の電気集塵装置。
- 前記板状電極と前記放電電極との組が前記板状電極同士を対面する関係で複数組並列配置され、対向する板状電極間に前記補集領域を形成したことを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
- 前記補集領域は、対面する一対の板状電極と、該一対の板状電極の前記回収気体の通流方向と平行な両端部を閉塞する一対の端板部とを少なくとも有する角筒状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
- 前記補集領域の回収気体通流方向の片側にサイクロン集塵機を接続し、当該サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって回収気体流を形成するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の電気集塵装置。
- 前記補集領域の回収気体通流方向の両側に個別にサイクロン集塵機を接続し、該各サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって2方向の回収気体流を形成するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の電気集塵装置。
- 前記対向電極間に形成される複数の補集領域とサイクロン集塵機との間に当該補集領域のみの回収気体を吸引する吸引フードが配置されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の電気集塵装置。
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